謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳
(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室,上海 200437)
γ-氨基丁酸與睡眠覺(jué)醒*
謝晨,劉臻,趙娜,陳云飛,楊文佳
(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室,上海 200437)
γ-氨基丁酸(GABA)是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在睡眠覺(jué)醒中占有重要的地位。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在不同的腦區(qū),在睡眠覺(jué)醒的不同時(shí)期,GABA的水平不同;在不同的腦區(qū),通過(guò)對(duì)GABA的傳導(dǎo)進(jìn)行干預(yù),發(fā)現(xiàn)對(duì)睡眠覺(jué)醒所起的作用不同。該文綜述具體腦區(qū)中GABA與睡眠覺(jué)醒的關(guān)系,旨在為新藥研發(fā)提供參考。
γ-氨基丁酸;神經(jīng)遞質(zhì);睡眠覺(jué)醒
睡眠可以恢復(fù)體力,有助于記憶,在人生中起到重要作用。失眠能夠引起情緒障礙、藥物依賴、記憶損害、日間疲勞、工作和人際交往困難,損害健康,甚至可能導(dǎo)致事故的發(fā)生[1]。γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì),在睡眠中起著重要的作用[2]。作用于GABAA受體的藥物在失眠的治療中得到廣泛應(yīng)用,如常見(jiàn)的苯二氮 類和非苯二氮 類Z-藥物(如佐匹克隆、扎來(lái)普隆和左旋佐匹克隆),苯二氮 類存在著耐受及依賴性等缺點(diǎn),而非苯二氮 藥物能夠改善藥物的耐受性,并能夠長(zhǎng)期應(yīng)用和應(yīng)用于不同的人群[3]。但是非苯二氮 類Z-藥物也存在一定的不良反應(yīng),只適合短期治療失眠。因此,研究GABA在睡眠覺(jué)醒中的作用,對(duì)于新藥開(kāi)發(fā)有著重要的作用。
由于GABA與睡眠覺(jué)醒的關(guān)系密切。不同的腦區(qū)在睡眠覺(jué)醒中起著不同的作用,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)GABA在不同的腦區(qū)對(duì)睡眠覺(jué)醒的作用不同,人類的睡眠覺(jué)醒中也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。筆者就睡眠覺(jué)醒中GABA在不同腦區(qū)所起的作用及同一腦區(qū)的不同睡眠覺(jué)醒階段的水平(主要集中動(dòng)物研究)綜述如下。
由于睡眠占了人生的三分之一時(shí)間,研究睡眠及睡眠障礙,對(duì)于社會(huì)發(fā)展也起到了重要的作用。特別是隨著社會(huì)發(fā)展,失眠患者越來(lái)越多。失眠的發(fā)生,不僅造成患者的心理生理雙重壓力,還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,據(jù)美國(guó)2003年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:年齡在18~64歲的患者平均每6個(gè)月花費(fèi)924美元,而65歲以上老人每6個(gè)月花費(fèi)1 143美元[4]。中國(guó)睡眠研究會(huì)公布的調(diào)查結(jié)果顯示,中國(guó)成年人失眠發(fā)生率38.2%,高于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家。因此,對(duì)睡眠的研究也就顯得越加迫切。
KRUEGER等于1999年在JSleep Res雜志發(fā)表的《Humoral regulation of physiological sleep:cytokines and GHRH》指出調(diào)節(jié)睡眠覺(jué)醒行為的神經(jīng)遞質(zhì)所需滿足的條件:①大腦中存在該遞質(zhì)及其受體;②外部注入該遞質(zhì)或內(nèi)源性產(chǎn)生該遞質(zhì)能增加與該遞質(zhì)相關(guān)的睡眠時(shí)相;③抑制該遞質(zhì)的生成或使其失活,以及拮抗其受體都能減少該遞質(zhì)相關(guān)的睡眠時(shí)相;④該遞質(zhì)的濃度及代謝率與睡眠覺(jué)醒的周期同步變化;⑤該遞質(zhì)水平應(yīng)該在相應(yīng)睡眠時(shí)相發(fā)生之前增加;⑥當(dāng)該遞質(zhì)及其受體被拮抗時(shí),由于睡眠剝奪、感染、或周圍環(huán)境溫度升高引起的睡眠時(shí)相增加也會(huì)受到抑制。
睡眠覺(jué)醒與很多神經(jīng)遞質(zhì)密切相關(guān),如乙酰膽堿、谷氨酸、GABA、食欲素、褪黑素、組胺、腺苷等。不同的神經(jīng)遞質(zhì)在睡眠起著不同的作用,相互聯(lián)系,互相影響,共同維持著睡眠覺(jué)醒。
GABA為一種神經(jīng)遞質(zhì),在神經(jīng)元內(nèi)合成。GABA神經(jīng)元分布廣泛,所有的皮質(zhì)層均有GABA能神經(jīng)元的分布,GABA突觸的活動(dòng)大小和持續(xù)時(shí)間由質(zhì)膜蛋白即GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白決定[5]。GABA能神經(jīng)元分布在基底前腦和前下丘腦[6],并在睡眠時(shí)這些神經(jīng)元的放電增加。中腦和后腦也有該神經(jīng)元的分布[7]。
興奮性的谷氨酸系統(tǒng)和抑制性的GABA系統(tǒng)是大腦的化學(xué)平衡主要組成部分,大腦化學(xué)平衡與行為的藥理調(diào)節(jié),治療情緒和情感障礙、認(rèn)知損害等密切相關(guān)。谷氨酸脫羧酶是GABA的合成酶,GABA轉(zhuǎn)氨酶是GABA的代謝酶[8]。谷氨酸鹽和谷氨酰胺是GABA合成的前體。谷氨酸鹽在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA,而在去極化時(shí)新形成的囊泡內(nèi)的GABA是谷氨酰胺通過(guò)三羧酸循環(huán)形成的[9]。
GABA通過(guò)與受體結(jié)合發(fā)揮作用。GABA受體被分為3種類型,分別為GABAA、GABAB和GABAC,其中GABAA和GABAC均為離子型受體,而GABAB為代謝型受體,GABAC主要分布于視網(wǎng)膜和上丘的視層[10]。GABAA受體為臨床藥物的主要作用靶點(diǎn)[8]。GABAB受體的缺失推遲了睡眠時(shí)間,減少了非快速動(dòng)眼睡眠(non-rapid eye movements,NREM)中delta和theta波的活動(dòng),增加覺(jué)醒時(shí)theta波的活動(dòng),但不影響睡眠自穩(wěn)態(tài)[11]。在治療失眠的藥物中,大多數(shù)是針對(duì)GABAA受體,而GABA受體的多樣性,使得對(duì)具體受體情況的研究尤為重要。
研究GABA在睡眠覺(jué)醒中的作用,離不開(kāi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?,F(xiàn)在絕大數(shù)以嚙齒類動(dòng)物和貓為主要的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。嚙齒類動(dòng)物(主要為大鼠和小鼠)和貓的睡眠主要有NREM和快速動(dòng)眼睡眠(rapid eye movement, REM)兩種,NREM睡眠占主要部分,NREM與REM保持一定的比例,比例失衡可能導(dǎo)致睡眠紊亂。
GABA傳輸系統(tǒng)參與睡眠覺(jué)醒的調(diào)節(jié)。通常通過(guò)研究細(xì)胞外GABA水平和GABA的傳導(dǎo)(即GABA受體的激動(dòng)劑和拮抗劑)來(lái)探討該神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)睡眠覺(jué)醒周期的影響,這也是藥理學(xué)研究的思路。具體研究方法為在顱腦中找到不同核團(tuán)的分布區(qū),進(jìn)行顯微插管,通過(guò)微透析或者顯微給藥進(jìn)行GABA的相關(guān)研究。
實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),不同的腦區(qū),內(nèi)源性GABA水平最高可能出現(xiàn)覺(jué)醒,REM或NREM;而GABA的信號(hào)傳遞也因腦區(qū)不同而引起覺(jué)醒增加或者REM的增加,即在不同腦區(qū)給予GABA的拮抗劑或者激動(dòng)劑引起了不同的睡眠覺(jué)醒變化。
3.1 腦橋嘴側(cè)網(wǎng)狀核(the oral part of the pontine reticular formation,PnO)和腦橋尾側(cè)網(wǎng)狀核(nucleus reticularis pontis caudalis,RPC) 在大鼠的PnO, GABA水平在REM和NREM時(shí)降低,覺(jué)醒時(shí)增高。在該處顯微注射增加細(xì)胞外GABA水平的藥物促進(jìn)了覺(jué)醒,抑制了睡眠,而顯微注射降低細(xì)胞外GABA水平的藥物促進(jìn)睡眠,抑制覺(jué)醒[12]。在大鼠PnO,GABA的傳輸促進(jìn)覺(jué)醒,抑制睡眠。在該結(jié)構(gòu)食欲素(orexin)-1促進(jìn)覺(jué)醒至少在一定程度上是通過(guò)GABA的作用[13]。同時(shí)顯微注射食欲素-1和GABA受體拮抗劑抑制了食欲素-1增加覺(jué)醒抑制睡眠的作用[14]。
在大鼠的腦橋嘴側(cè)網(wǎng)狀核(nucleus reticularis pontis oralis,RPO)和RPC顯微注射GABAA受體激動(dòng)劑蠅蕈醇能夠抑制REM,而在RPO顯微注射GABAA受體拮抗劑荷苞牡丹堿能夠促進(jìn)REM,而RPC對(duì)REM的作用很小。說(shuō)明GABA調(diào)節(jié)的RPO參與覺(jué)醒和REM的產(chǎn)生[15]。而在小鼠的RPO注射GABAA受體激動(dòng)劑增加了覺(jué)醒時(shí)間,降低了NREM和REM時(shí)間,這種作用呈濃度依賴性;注射GABAA受體拮抗劑降低了覺(jué)醒期的數(shù)目,增加了NREM和REM的數(shù)目,該作用也呈濃度依賴性。同時(shí)注射激動(dòng)劑和拮抗劑阻斷了激動(dòng)劑促進(jìn)覺(jué)醒增加睡眠的作用[16]。
3.2 腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 在貓腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,內(nèi)源性即細(xì)胞外的GABA水平在覺(jué)醒時(shí)高于REM睡眠,且在REM睡眠時(shí),GABA的水平降低,引起REM睡眠增加也會(huì)引起GABA水平降低,而NREM和覺(jué)醒無(wú)明顯差異。這表明腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的GABA有促進(jìn)覺(jué)醒的產(chǎn)生和抑制REM睡眠的作用[17]。在貓的腦橋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的腦橋吻核(nucleus pontis oralis,NPO)注射GABAA受體的拮抗劑或者抑制GABA合成的酶能夠促進(jìn)REM的產(chǎn)生,于REM或者NREM期在該處注射GABA或者GABAA受體激動(dòng)劑增加了覺(jué)醒時(shí)間。GABA與覺(jué)醒的產(chǎn)生和維持相關(guān),并作為控制REM的部分機(jī)制[18]。
3.3 背縫神經(jīng)核 貓背縫神經(jīng)核(the dorsal raphe nucleus,DRN)中內(nèi)源性GABA水平在REM期高于NREM期和覺(jué)醒期。在DRN注射GABAA受體激動(dòng)劑增加REM睡眠,而注射GABAA受體拮抗劑印防己毒素阻斷了REM睡眠[19]。在大鼠的背縫神經(jīng)核注射GABAA受體拮抗劑,增加覺(jué)醒,減少了NREM和REM睡眠[20]。
3.4 藍(lán)斑核 在貓的藍(lán)斑核,GABA釋放水平在REM時(shí)期高于NREM和覺(jué)醒,且在NREM時(shí)高于覺(jué)醒[21]。在大鼠背側(cè)藍(lán)斑下核注射GABAA受體拮抗劑能明顯縮短REM的潛伏期,增加REM的數(shù)量[22]。
3.5 腦橋被蓋核 在貓的腦橋被蓋核(pedunculopontine tegmentum,PPT),阻斷GABA的受體,減少REM睡眠,而促進(jìn)GABA的傳輸增加了REM睡眠[23]。在大鼠該區(qū)域使用GABA拮抗劑減少了REM[24-25]。貓[23]和大鼠[24-25],阻斷GABAA受體影響了REM睡眠發(fā)作的平均次數(shù),在貓GABAA激動(dòng)劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數(shù)和發(fā)作持續(xù)時(shí)間,大鼠GABAA激動(dòng)劑增加了REM睡眠的發(fā)作次數(shù)。PPT的GABA參與REM睡眠的調(diào)節(jié)[26]。然而,大腦切除貓PPT的GABA抑制REM睡眠[27]。
3.6 視前區(qū)中部-下丘腦前部 于大鼠的視前區(qū)中部-下丘腦前部(the medial portion of the preopticoanterior hypothalamus,mPOAH),顯微注射GABAA受體拮抗劑,減少睡眠,減少REM睡眠的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間,增加覺(jué)醒[28]。在后下丘腦,GABA的水平在REM睡眠時(shí)降低[29]。
3.7 正中視前核 在貓的正中視前核顯微注射GABAA受體激動(dòng)劑能夠減少NREM和REM的時(shí)間,而注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM時(shí)間,表明該區(qū)的GABA在睡眠,尤其是NREM的產(chǎn)生和維持上起著重要的作用[30]。
3.8 其他 通過(guò)對(duì)大鼠舌下神經(jīng)運(yùn)動(dòng)核注射GABAA受體拮抗劑能夠增加NREM和覺(jué)醒時(shí)的頦舌肌活動(dòng),但在REM時(shí)無(wú)影響[31]。
下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)與結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)構(gòu)成睡眠覺(jué)醒觸發(fā)開(kāi)關(guān),GABA在這個(gè)觸發(fā)開(kāi)關(guān)中起到一定的作用。下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)神經(jīng)元表達(dá)的GABA能夠抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)節(jié)乳頭體核和腦干的單胺能覺(jué)醒系統(tǒng)[3]。離體膜片鉗發(fā)現(xiàn),藥物的鎮(zhèn)靜作用可能通過(guò)間接促進(jìn)下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)上GABA能神經(jīng)元興奮實(shí)現(xiàn)的[32]。下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)中神經(jīng)元中有大量的GABA,大多數(shù)睡眠活躍的正中視前核神經(jīng)元能夠合成GABA,在大鼠下丘腦腹外側(cè)視前區(qū)域注射外源性GABA能夠減少大鼠的活動(dòng),起到鎮(zhèn)靜作用[33]。
發(fā)作性睡病患者的大腦內(nèi)側(cè)前額葉GABA水平升高,尤其是以沒(méi)有夜間睡眠干擾的患者明顯,可能是由于適應(yīng)機(jī)制的作用[34]。沒(méi)有用藥的原發(fā)性失眠者腦內(nèi)GABA水平相比正常人總體下降[35],但是目前尚沒(méi)有針對(duì)具體的大腦區(qū)域的GABA水平與原發(fā)性失眠關(guān)系的研究。因此,對(duì)人的不同腦區(qū)GABA含量的研究也將成為一個(gè)趨勢(shì)。
貓基底前腦的無(wú)名質(zhì)的GABA水平在NREM時(shí)明顯高于REM睡眠;在軀體感覺(jué)皮層,NREM時(shí)GABA的水平明顯高于REM和覺(jué)醒,隨著覺(jué)醒時(shí)間的延長(zhǎng),GABA水平也隨之增高,提示GABA與睡眠的自穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)[36]。
動(dòng)物研究大多只是選用非選擇性的受體激動(dòng)劑和拮抗劑,并沒(méi)有具體選擇性的受體激動(dòng)劑和拮抗劑。具體受體的研究同時(shí)加上具體腦區(qū)GABA水平變化,從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到臨床實(shí)驗(yàn),對(duì)于加強(qiáng)藥物的靶向性,提高藥物的療效意義重大。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展,神經(jīng)遞質(zhì)之間的相關(guān)性研究也是一個(gè)方向,GABA與其他神經(jīng)遞質(zhì)之間是否存在相關(guān)性,或者是某個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一點(diǎn),也值得進(jìn)一步研究,這也將為未來(lái)新藥研究提供思路。同時(shí),與GABA相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及、合成酶、代謝酶等與睡眠覺(jué)醒的研究也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
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DOI 10.3870/yydb.2014.05.029
R971.3;R969
A
1004-0781(2014)05-0641-04
2013-06-10
2013-10-08
*上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14YZ063);上海市衛(wèi)生局中醫(yī)藥科研基金資助項(xiàng)目(2012QL019A);上海市科委項(xiàng)目(10DZ1973800);上海市衛(wèi)生局項(xiàng)目(20110423)
謝晨(1987-),女,河北承德人,博士,研究方向:針灸免疫。電話:(0)18801615869,E-mail:xiechen2000@163.com。
楊文佳(1978-),女,云南保山人,主治醫(yī)師,博士,研究方向:針灸治療睡眠障礙的臨床機(jī)制。電話:021-65161782,E-mail:yangwenjia1030@163.com。
陳云飛(1968-),男,四川富順人,研究員,博士,研究方向:針灸免疫。電話:021-64684215,E-mail:icyf1968@163.com。